《土豆荣耀》重构笔记（六）实现怪物的AI

前言

  在游戏里面，为了提高游戏的难度，增加游戏的趣味性，往往会根据游戏的需要实现怪物AI。一般来说，一个最基本的怪物AI需要包括自动巡逻、看到玩家攻击玩家、玩家离开恢复自动巡逻等功能。对于一些状态比较复杂的怪物AI，还需要使用行为树来辅助实现。

  在本篇文章中，我们要实现的怪物AI逻辑十分简单，怪物只需要在场景中以恒定速度移动，当遇到障碍物时转弯朝反方向继续行走即可。因此，我们在实现怪物AI的逻辑时没有用到行为树或者状态机。

  此外，因为本篇文章是《土豆荣耀》重构笔记系列文章中第一篇涉及脚本编写的文章，所以在开始阅读本篇文章之间，可以先看一下如何使用VS Code编写Unity脚本。此外，本篇文章默认读者已经知道Unity脚本是如何工作的，熟悉获取组件的引用以及使用Unity提供的api等基本操作，对C#的基本语法也有一定的了解。

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为场景添加Collider

  为了能让怪物在场景上行走，我们需要为怪物和场景添加Collider。在Hierarchy窗口中选中需要添加碰撞体的GameObject，然后点击右侧Inspector窗口中的Add Componnet按钮，选择Physics 2D之后，我们就可以选择Collider类型并添加。

  了解了如何添加Collider之后，我们先为场景添加Collider。场景中能和角色、怪物产生交互的物体都存放在Foreground下，它们添加的Collider属性如下所示：

Foreground下的物体添加的Collider：

• env_TowerFull:
  • Collider: Box Collider 2D
  • Offset: (0, 0)
  • Size: (7.3, 27)
• env_TowerFull (1):
  • Collider: Box Collider 2D
  • Offset: (0, 0)
  • Size: (7.3, 27)
• env_PlatformBridge:
  • Collider: Box Collider 2D
  • Offset: (0.8, 0.8)
  • Size: (15.5, 1.6)
• env_PlatformBridge (1):
  • Collider: Box Collider 2D
  • Offset: (0.8, 0.8)
  • Size: (15.5, 1.6)
• env_PlatformTop:
  • Collider: Box Collider 2D
  • Offset: (0, 0.12)
  • Size: (9.6, 2.6)
• env_PlatformTop (1):
  • Collider: Box Collider 2D
  • Offset: (0, 0.12)
  • Size: (9.6, 2.6)
• env_PlatformUfo:
  • Collider: Polygon Collider 2D

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为怪物添加Collider和Rigidbody

  接着，我们在Hierarchy选中AlienSlug和AlienShip为它们添加Collider。

AlienSlug和AlienShip添加的Collider信息如下：

• AlienSlug:
  • Collider: Capsule Collider 2D
  • Offset: (0, 0)
  • Size: (1.14, 1.74)
• AlienShip:
  • Collider: Circle Collider 2D
  • Offset: (0.1, 0)
  • Radius: 0.9

  点击运行游戏，我们发现怪物悬浮在空中，这是因为我们没有给它们添加刚体组件，它们没有物理属性。在2D项目中，如果我们想让一个物体具有重力、速度等物理属性，我们需要给这个物体添加Rigidbody2D组件。Rigidbody2D组件也位于Add Component\Physics 2D目录下。接下来，我们为AlienSlug和AlienShip添加Rigidbody2D组件。

  添加完成后，再次运行游戏，可以看到怪物受重力影响掉落下来，且发生了翻滚。我们想让怪物一直保持直立，因此我们需要在Rigidbody2D的Constraints属性里设置勾选Freeze Rotation Z，不让物体在进行物理模拟时，绕Z轴进行旋转。

  设置完成之后，我们再次运行游戏，可以看到怪物会受到重力影响，且一直保持直立，不会翻滚。最后，我们需要将我们所做的修改应用到它们的Prefab上。在Hierarchy分别选中AlienSlug和AlienShip，然后在Inspector窗口中点击Apply按钮即可。

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让怪物动起来

  接下来，我们开始编写脚本来实现让怪物在场景中移动的功能。我们在Assets下创建一个名为Scripts的文件夹，然后在Scripts文件夹下创建一个名为Enemy的文件夹用于保存和怪物相关的脚本。创建完毕后，我们在Enemy文件夹下创建脚本Wander.cs，然后双击打开。

  既然想要让怪物在场景中移动，那么我们就需要先知道怪物移动的速度以及方向。首先在Wander.cs加入以下代码：

Wander.cs

[Tooltip("是否朝向右边")]
[SerializeField]
private bool FacingRight = true;

[Tooltip("怪物移动的速度")]
[SerializeField]
private float MoveSpeed = 2f;

代码说明：

• Tooltip：
  • Unity提供的一个Attribute，参数为string；
  • 我们可以使用Tooltip这一Attribute来设置提示的内容，当我们将鼠标悬停在Inspector窗口显示的参数上时，我们可以看到提示的内容
• SerializeField：
  • Unity提供的一个Attribute，没有参数；
  • Unity只会在Inspector窗口中显示可见性为public的字段，通过使用SerializeField这一Attribute，可以强制在Inspector窗口中显示可见性为private和protected的字段

  接下来，我们要让怪物动起来，需要给怪物的Rigidbody2D组件设置速度，在Wander.cs加入以下代码：

Wander.cs

//用于设置怪物对象的物理属性
private Rigidbody2D m_Rigidbody;
// 用于保存当前的水平移动速度
private float m_CurrentMoveSpeed;

// 获取组件引用
private void Awake() {
    m_Rigidbody = GetComponent<Rigidbody2D>();
}

// 设置字段的初始值
private void Start() {
    if(FacingRight) {
        m_CurrentMoveSpeed = MoveSpeed;
    } else {
        m_CurrentMoveSpeed = -MoveSpeed;
    }
}

// 执行和物理相关的代码
private void FixedUpdate() {
    m_Rigidbody.velocity = new Vector2(m_CurrentMoveSpeed, m_Rigidbody.velocity.y);
}

代码说明：
  上面代码涉及到的Awake、Start和FixedUpdate都是Unity提供的生命周期函数，感兴趣的读者可以查看Unity各生命周期函数的执行顺序来了解它们的执行顺序和作用。

  接着，我们将Wander.cs添加到AlienSlug和AlienShip上并运行游戏，可以看到场景中的两个怪物已经动了起来，但是出现了重叠的现象。我们不希望场景中的怪物会产生碰撞等物理交互，所以，我们还需要做一些额外的工作。

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一些额外的工作

  Unity为了方便我们决定Sprite的渲染顺序，提供了Sorting Layer。类似地，为了让我们更方便地管理场景中物体的渲染和物理模拟，Unity也提供了Layer。首先，我们新建一个名为Enemy的Layer，然后将AlienSlug和AlienShip的Layer都设置为Enemy。切换Layer时，我们选择Yes, Change the children将子物体的Layer都设置为Enemy。

  接着，我们在Unity的顶部菜单栏选择Edit->Project Settings->Physics 2D打开2D项目的物理设置窗口，然后在Layer Collision Matrix中取消Enemy-Enemy那一项的勾选，告诉Unity，不对都处于Enemy这一Layer的两个物体进行任何物理碰撞模拟。再次运行游戏，可以看到两个怪物已经不会重叠了。

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实现怪物遇到障碍物转向的功能

  目前我们的怪物还只有移动的功能，当它们遇到障碍物的时候，会被卡住，我们需要让它们在遇到障碍物时自动转向。我们可以使用Physics2D.OverlapPointAll来获取场景里某个点上所有的Collider，但我们如何辨别这些Collider是障碍物，还是其他物体呢？答案是，通过Layer和LayerMask。所谓的LayerMask，其实就是一个用二进制来表示的int类型变量，哪个位上的值为1，就代表对以该位为下标的Layer执行相应的操作。

例如，我们之前创建的Enemy的Layer下标为8，那么当LayerMask的值为128（二进制的10000000）时，代表我们会对所有Layer为Enemy的物体进行操作

  新建一个名为Obstacle的Layer，然后将所有障碍物的Layer都设置为Obstacle。设置完毕之后，我们在Assets\Scripts\Enemy下新建一个名为Enemy的C#脚本，然后在Enemy.cs中加入以下代码：

Enemy.cs

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

[RequireComponent(typeof(Wander))]
public class Enemy : MonoBehaviour {
    [Tooltip("障碍物检测点")]
    [SerializeField]
    private Transform FrontCheck;

    private Wander m_Wander;
    private LayerMask m_LayerMask;

    private void Awake() {
        m_Wander = GetComponent<Wander>();	
    }

    private void Start() {
        m_LayerMask = LayerMask.GetMask("Obstacle");
    }

    private void Update () {
        Collider2D[] frontHits = Physics2D.OverlapPointAll(FrontCheck.position, m_LayerMask);

        if(frontHits.Length > 0) {
            m_Wander.Flip();
        }
    }
}

代码说明：

• RequireComponent：
  • Unity提供的一个Attribute，参数为Type
  • RequireComponent[(typeof(Wander))]表示在添加前，必须给该物体添加定义了Wander这个类的脚本，不然会报错
• LayerMask.GetMask("Obstacle")表示直接获得Obstacle这个Layer对应的LayerMask

  接着，我们在Wander.cs脚本里添加Flip函数，Wander.cs完整代码如下：

Wander.cs

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

[RequireComponent(typeof(Rigidbody2D))]
public class Wander : MonoBehaviour {
    [Tooltip("是否朝向右边")]
    [SerializeField]
    private bool FacingRight = true;

    [Tooltip("怪物水平移动的速度")]
    [SerializeField]
    private float MoveSpeed = 2f;


    //用于设置怪物对象的物理属性
    private Rigidbody2D m_Rigidbody;
    // 用于保存当前的水平移动速度
    private float m_CurrentMoveSpeed;

    // 获取组件引用
    private void Awake() {
        m_Rigidbody = GetComponent<Rigidbody2D>();
    }

    // 设置字段的初始值
    private void Start() {
        if(FacingRight) {
            m_CurrentMoveSpeed = MoveSpeed;
        } else {
            m_CurrentMoveSpeed = -MoveSpeed;
        }
    }

    // 执行和物理相关的代码
    private void FixedUpdate() {
        m_Rigidbody.velocity = new Vector2(m_CurrentMoveSpeed, m_Rigidbody.velocity.y);
    }

    // 转向函数
    public void Flip() {
        m_CurrentMoveSpeed *= -1;
        
        this.transform.localScale = Vector3.Scale(new Vector3(-1, 1, 1), this.transform.localScale);
    }
}

  最后，我们将Enemy.cs添加到AlienSlug和AlienShip中，并在AlienSlug和AlienShip下新建一个名为FrontCheck的Empty GameObject。设置FrontCheck的Position为(1, 0, 0)，接着拖拽FrontCheck，将其复制给Enemy.cs脚本上的FrontCheck属性。运行游戏，可以看到怪物已经能正常转向了。

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修改Sorting Layer

  运行游戏的时候，我们发现AlienSlug的尾巴被UFO遮住了，我们需要调整一下Sorting Layer的渲染顺序。在Hierarchy窗口下点击AlienShip的子物体char_enemy_alienShip，然后点击Add Sorting Layer将Sorting Layer的顺序调整为下图所示的顺序：

  至此，我们所有的修改就都完成了，点击AlienSlug和AlienShip在Inspector窗口中的Apply按钮将我们所做的修改应用到Prefab中，再保存场景产生的修改即可。

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后言

  AlienSlug和AlienShip下Wander脚本的MoveSpeed的值我默认给的是2，大家可以根据自己的喜好进行调整。最后，本篇文章所做的修改，可以在PotatoGloryTutorial这个仓库的essay4分支下看到，读者可以clone这个仓库到本地进行查看。

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参考链接

1. 使用VS Code编写Unity脚本
2. Execution Order of Event Functions
3. Editing a Prefab via its instances
4. Layer和LayerMask